Системы автоматического контроля

Введение  

     Одной из главных особенностей развития машиностроения является решение проблем повышения  эффективности и качества выпускаемой  продукции. Эти проблемы охватывают широкий диапазон вопросов, причем большое значение в повышении  эффективности работы технологического оборудования и качества выпускаемых изделий отводится автоматизации контрольных операций. Это связано с необходимостью повышения точности и надежности приборов, используемых при контроле качества, развитием производства автоматического оборудования с электронными и другими системами контроля.

     Автоматизация контрольных операций может осуществляться по линии автоматизации технологического (активного) и послеоперационного               (пассивного) методов контроля, которые  отражают два принципиально различных направления развития технического контроля. Оба метода контроля имеют важное значение с точки зрения обеспечения требуемого качества выпускаемой продукции. Однако при пассивном контроле с помощью средств измерения фиксируются значения каких-либо параметров деталей и изделий с целью их разбраковки или сортировки.

     Во  многих отраслях машиностроения все шире внедряются быстродействующие контрольно-сортировочные автоматы, осуществляющие контроль качества деталей по различным параметрам, сортировку годных деталей по группам, отбраковку некачественных деталей.

    Современные контрольно-сортировочные автоматы снабжены разнообразными механическими и электрическими устройствами для загрузки и транспортирования деталей, измерения их параметров, переработки контрольной информации и т.д. Многие из них оснащены специальными логическими устройствами, повышающими точность и надежность операций контроля и сортировки.

    Автоматизация производственных процессов и контроля технологических параметров также  требует создания широкого класса совершенных первичных преобразователей – датчиков. Большое число специалистов сталкивается в своей работе с выбором датчиков для автоматических систем.

    Настоящая работа посвящена проектированию автомата для контроля длины и глубины полуфабрикатов с использованием на измерительной позиции емкостного датчика. Исходя из этого в первом разделе работы, названном «Системы автоматического контроля», рассматриваются классификация САК, конструктивная схема и основные органы САК. Во втором разделе работы «Устройства (датчики-классификаторы) для автоматического контроля линейных размеров» рассмотрены основные виды датчиков, сгруппированные по общности физического принципа действия. И, наконец, в третьем разделе дается более детальный обзор по выбранному для данной работы типу датчика – емкостному датчику.

1. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО  КОНТРОЛЯ

1.1. Структура контрольной автоматической системы 

   При рассмотрении конструкции контрольной  автоматической системы (рис. 1) различают следующие их основные органы: загрузочный I, транспортирующий II, измерительной позиции III, исполнительный IV и запоминающе-усилительный V.  

Рис. 1. Конструктивная схема контрольной

     автоматической  системы (автомата) 

     Загрузочный орган служит для отделения деталей друг от друга и установки (ориентации)  их в определенное положение, удобное для транспортировки, обработки или контроля.

     Транспортирующий  орган предназначен для перемещения изделия внутри автоматической системы или линии и в известной мере предопределяет логичность ее кинематической схемы и компоновку различных органов и узлов.

     Орган измерительной позиции определяет принадлежность изделия к той или иной группе годности или брака или выдает сигнал о достижении контролируемым параметром заданного значения.

     Основная  задача исполнительного органа контрольного автомата — это направить изделие  в соответствующий отсек годности или брака, а у систем активного контроля — изменить (прекратить) процесс обработки пли поднастроить оборудование.

     Запоминающе-усилительный орган предназначен для получения и усиления сигнала, несущего информацию о результатах контроля, ее запоминания и выдачи в нужный момент исполнительному органу. 
 

     1.2. Классификация систем  автоматического  контроля

     Для обеспечения требуемого качества деталей и изделий (точность размеров, геометрическая форма, параметр шероховатости поверхности и т.д.) применяют комплексный  контроль, включающий в себя контроль: готовых изделий, заготовок, вспомогательных средств производства (режущего инструмента, измерительных средств и т.д.), основных средств производства (технологического оборудования, систем и средств управления и т.д.). В зависимости от вида, стоимости и требований, предъявляемых к точности изготовления деталей, контроль может быть полным, когда проверяются все изделия, и выборочным, когда проверяется часть деталей (применяется для дешевых изделий с большими допусками размеров и формы).

     По  принципу действия различают: системы  пассивного контроля, представляющие собой системы автоматического  контроля (САК), задача которых получить необходимые сведения об управляемом объекте или параметрах технологического процесса (система не изменяет параметров технологического процесса во время обработки, т.е. ведет себя пассивно); системы активного контроля, которые представляют собой системы автоматического регулирования (САР), задача их не только измерять необходимые величины, но и поддерживать их заданное значение во время технологического процесса.

     В настоящее время системы активного  контроля организуют в большинстве случаев по принципу адаптивного контроля, т.е. управление технологическим процессом ведут совместно с ЧПУ и САК, задача, которой на основании сведений, полученных от автоматических устройств, менять программу управления, тем самым, восстанавливая отклонившиеся величины (принцип адаптации).

     По  назначению различают следующие  системы автоматического контроля: технологических параметров в процессе обработки; параметров готовых изделий (контроль качества продукции); состояния  оборудования и систем управления; состояния инструмента, оснастки и т.д.; программного и информационного обеспечения (сбор сведений, обработка сведений, систематизация и т.д.).

     В зависимости от назначения операции контроля подразделяются на разбраковочные, выделяющие из продукции бракованные изделия и в некоторых случаях сортирующие эти изделия по видам брака, сортировочные, подразделяющие объекты по группам по контролируемым параметрам, например для селективной сборки, и комплектующие, т.е. подбирающие для сборочных единиц соответствующие им по значениям контролируемых параметров комплектующие изделия.

     Возможны  и другие виды классификаций рассматриваемых  систем: по числу измерительных позиций, по расположению этих позиций (карусельные  и продольные), по состоянию объекта  в процессе контроля, по характеру действия (прерывистого и непрерывного действия) и т.д.

     Среди различных видов контроля особо  надо выделить системы, позволяющие  контролировать объекты без установки  их на измерительные позиции с  заданными координатами, а позволяющие  контроль в процессе движения объектов, причем в более совершенных видах таких систем объект контроля при движении сохраняет одну, две или даже большее число степеней свободы. К таким системам, например, относятся некоторые телевизионные системы, системы опознания образа и др.

     В зависимости от назначения системы, ее принципа действия и других факторов структурная схема системы может  изменяться, однако наиболее типичной структурной схемой является схема, приведенная на рис.2.

     Рис. 2. Типичная структурная схема САК (пассивной) 

     Изделия партиями или поштучно загружаются  в загрузочное устройство УЗ, откуда автоматически транспортируются специальным  органом Т0 в заданном темпе и  числе к устанавливающему органу УО, подающему объекты в заданной ориентации к измерительному органу ИО. С помощью преобразователя Пр и, в случае необходимости, электронных вычислительных устройств ВУ определяется характер брака. В соответствии с результатами контроля исполнительное устройство ИУ отбраковывает или сортирует объекты контроля. При статистическом контроле или в тех случаях, когда обработка результатов измерений занимает большее время, чем переход изделия с измерительной позиции к исполнительному органу, в систему вводится запоминающее устройство ЗУ. Кроме того, запоминающий орган может быть связан с исполнительным органом с целью учета числа объектов, попавших в результате контроля в ту или другую группу проконтролированных объектов.

     1.3. Классификация загрузочных устройств

Загрузочные устройства контрольно-сортировочных автоматов служат для создания запаса контролируемых деталей и их ориентации в пространстве и времени, с тем чтобы обеспечить нормальную и бесперебойную работу измерительного устройства в течение запланированного периода. Загрузочное устройство — важный элемент контрольно-сортировочного автомата, определяющий технические характеристики последнего, поскольку в процессе контроля до 90% времени приходится на транспортно-загрузочные операции. Структурная схема загрузочного устройства представлена на рис. 3.

Рис. 3. Структурная  схема загрузочного устройства автомата 

    Контролируемые  детали в достаточном для бесперебойной  работы автомата количестве помещают в бункер (обычно в беспорядке, «навалом»), который производит их первичную ориентацию и выдает в определенной последовательности. В зависимости от конфигурации контролируемых деталей может потребоваться их дополнительная пространственная ориентация, что осуществляется ориентирующим устройством, которое может быть и частью бункера. Ориентированные в пространстве детали по лотку попадают в магазин-накопитель, откуда через определенные промежутки времени выдаются механизмом поштучной выдачи на транспортирующее устройство автомата или непосредственно на его измерительную позицию (в зависимости от конструкции автомата). Таким образом, механизм поштучной выдачи деталей является устройством, ориентирующим детали во времени. Необходимые перемещения подвижных элементов загрузочного устройства осуществляются приводом. Приводы загрузочных устройств также могут быть различного типа: кулачковые, дисбалансные, электромагнитные и др.

    Следует отметить, что названные элементы загрузочного устройства не всегда можно выделить в «чистом» виде при рассмотрении конкретного автомата. Некоторые элементы могут отсутствовать, либо один конструктивный элемент может выполнять несколько функций. Так, часто лоток выполняет одновременно и функции магазина. Необходимость магазина в составе загрузочного устройства объясняется тем, что производительность бункера из-за его конструктивных особенностей колеблется во времени и для компенсации этого колебания приходится накапливать некоторый запас ориентированных деталей в магазине. Наиболее характерными элементами загрузочного устройства являются бункер (или магазин) и питатель.

    Все загрузочные устройства прежде всего можно разбить на два основных вида: автоматические (рис. 4,а) и полуавтоматические (рис. 4,б). Автоматические загрузочные устройства обеспечивают автоматическую ориентацию деталей, как в пространстве, так и во времени.                                            

                                                    а)                        б)

    Рис. 4. Виды загрузочных устройств

    Полуавтоматические  загрузочные устройства ориентируют  детали только во времени. Ориентация деталей в пространстве осуществляется вручную.  

1.4. Классификация транспортирующих органов

    Транспортирующие  органы предназначены для перемещения  изделия внутри автоматизированной системы. Они в известной мере предопределяют кинематическую и конструктивную схемы и компоновку различных органов. От этих устройств зависит главная часть составляющих цикла работы автомата и надежность перемещения деталей. Различают следующие этапы транспортирования изделия: от загрузочного органа или зоны обработки (для контрольно-подналадочного автомата) к измерительной позиции; на измерительной позиции (установка, перемещение, съем); от измерительной позиции к исполнительному органу; от исполнительного органа до бункера; возврат транспортера в исходное положение.

    В зависимости от вида движения транспортирующие механизмы можно разделить на устройства с непрерывным и прерывистым движением, а в зависимости от характера движения — на устройства с реверсивным и нереверсивным движением. Механизмы с прерывистым движением наиболее разнообразны и позволяют применять как простые, так и сложные методы контроля. Механизмы с непрерывным перемещением изделия могут сочетаться с неподвижными или перемещающимися измерительными органами.